使用情绪性oddball任务测量具有精神分裂症家族高风险儿童的前额-边缘系统活动

本实验的总体目标是在儿童和青少年执行情绪性oddball任务的同时，对其进行MR成像。首先需设计适合儿童的情绪性oddball任务，第二步是让受试者在模拟扫描仪环境中练习执行该任务。

接下来，参与者在磁共振成像（MRI）扫描仪中执行相同的任务。最后一步是分析行为学和影像数据。最终，通过情绪性oddball任务期间的功能成像。

在精神分裂症一级亲属中，该技术用于显示前额纹状体环路的激活降低以及高风险儿童和青少年对目标刺激的反应。该技术的主要优势在于，它能够在儿童和青少年执行认知功能时，对其大脑进行非侵入性成像。尽管该方法可为精神分裂症的研究提供见解，但它也可应用于其他发育性精神疾病，如双相情感障碍或自闭症，以及其他脑部疾病，如创伤后应激障碍。

通常，初次进行该方法的人员会遇到困难，因为实验设计的创建、图像的获取、分析及图像处理流程的编程，以及将正确的实验设计应用于项目中涉及多个步骤。参与研究的儿童及患有神经精神疾病的个体也会遇到困难，因为这些实验程序要求他们在典型的磁共振成像（MRI）扫描过程中保持静止，同时完成行为任务。此外，实验人员与参与者之间需要进行清晰的沟通和信息传递，这需要大量的培训。

首先，使用 Siegel 软件生成一个基于事件的行為任务，该任务呈现较少出现的目标刺激（例如圆形），而频繁呈现标准刺激（例如打乱的图像）。从国际情感图片系统数据库中选择一组厌恶刺激和一组中性刺激。这些图像按 1 到 9 的等级进行评分，数值越高表示效价和唤醒度的正向水平越高。

选择一组适合研究对象年龄阶段的图片，例如蛇、蜘蛛或其他动物的图像。将实验程序设置为以伪随机顺序呈现图片，每张图片呈现时间为1,500毫秒，目标刺激之间的平均间隔为500毫秒，任务无关的中性图片出现频率不超过每15秒一次，且每类中性图片约占总刺激的4%。务必对事件起始时间进行随机抖动，以提高血流动力学响应函数的分辨率，并总共创建八组图片，对应八次功能扫描运行。

招募9至18岁之间具有精神病家族高风险的参与者，以及健康对照者。从参与者或其法定监护人处获得知情同意，并从参与研究的未成年人处获得同意。首先将参与者安置在模拟MRI扫描仪中，使其熟悉MRI环境。

然后确保他们理解任务说明，并在他们完成行为任务的练习运行时播放扫描仪噪声的音频录音。让受试者使用与真实扫描过程中相同的磁共振成像安全输入设备，并指导他们用食指按下一个按钮以响应所有目标刺激，用中指按下另一个按钮以响应所有其他刺激。当受试者在模拟扫描仪中感到舒适后，将其置于3.0特斯拉磁共振成像扫描仪中。

首先，使用扰相梯度回波脉冲序列获取一组结构像，包括三维共面解剖T1加权图像。然后采用梯度回波平面成像序列获取全脑覆盖的功能成像数据。为了在行为任务期间测量脑活动，每次行为任务运行均使用该成像序列，共进行八次功能运行，每次持续约四分钟，包含120个成像时间点。

开始分析前，先对图像进行预处理：在 FSL 软件中打开 FMRI 专家分析工具，选择一级分析和预统计步骤。然后在数据选项卡中，设置输入图像的数量以及每幅 MR 图像的路径，同时设定输出目录。

输入总体积数、丢弃的采集次数以及TR。接下来，在预统计选项卡中，将运动校正设置为MFL空间平滑全模式，半高全宽设为5毫米，并选择切片时间校正。不要选择B零非线性畸变校正和强度归一化，选择BET脑提取和高通滤波时间滤波。然后在配准选项卡中，针对主要结构像，输入受试者去颅骨T1扫描图像的路径。

使用至少六个自由度的线性常规搜索。然后选择标准空间，并输入MNI图谱图像的路径。采用具有12个自由度的常规线性搜索，排除头动超过三毫米的受试者。

现在，为了在单次运行中比较不同任务条件之间的数据，选择一级分析、统计和事后统计。在数据选项卡中，设置输入数量，并输入每个MR图像的路径以及输出目录。输入总扫描体积数、舍弃的采集次数以及TR值。接下来，在统计选项卡中，选择使用FILM、预白化和完整模型设置。

将原始EVs的数量设置为任务条件的数量。对于每个条件，在基本形状菜单中选择自定义三列格式，在卷积菜单中选择双伽马HRF，并选择包含任务时间格式的文本文件。该文本文件为三列格式，每行对应一个事件。

第一列应包含起始时间，第二列应包含持续时间，第三列应包含事件权重。现在，在对比和 F 检验选项卡中，为每个测试条件和比较创建一个对比；在统计后处理中，从阈值菜单选择聚类，并将 Z 阈值和聚类 P 阈值分别设置为 2.3 和 0.05。

然后在配准选项卡中，选择主要结构图像，并输入受试者颅骨的路径。使用去除了软组织的 T1 加权图像。采用至少六个自由度的线性常规搜索方法，并选择标准空间。

输入MNI图谱图像的路径，并使用具有12个自由度的常规线性搜索。接下来，在第二级分析中，比较各次运行之间的数据。针对每个任务条件，选择高级分析、统计以及事后统计。

然后在数据选项卡中，选择输入为较低层级的文件目录。设置输入数量，并输入每个MR图像的路径。同时，输入输出目录的路径、舍弃的采集体积总数以及TR值。在统计选项卡中，将混合效应FLAME1更改为固定效应。

使用模型设置向导，选择单组平均并进行处理。然后在“后处理”选项卡中，从阈值菜单中选择“聚类”，并将 Z 阈值和聚类 P 阈值分别设置为 2.3 和 0.05。现在，若要跨所有运行比较每个任务条件下被试之间的数据，请选择高级分析以及统计加后统计分析。

在数据选项卡中，选择来自 feet 目录的 3D COPE 图像作为输入。设置输入数量，并输入每个图像的路径。输入输出目录、总扫描体积数、舍弃的采集次数以及 TR。然后在统计选项卡中，选择完整模型设置。

将EV的数量设置为等于组变量和协变量的数量。输入每个受试者在每个EV上的取值。最后，相反地，进行F检验。

为每个测试变量及每个对比设置一个对比参数。对于每个测试变量，通过在相应 ev 列下选择一个选项来设定对比。对于每个对比，将第一个值设为 1，第二个值设为 -1。

然后在事后统计中，从阈值下拉菜单中选择“聚类”，并将 Z 阈值和聚类 P 阈值分别设置为 2.3 和 0.05。此处我们可以看到显示组间差异的激活图。在此，家族高风险组在目标刺激处理过程中表现出比对照组更强的激活。

在这些区域，对照组在目标刺激加工过程中表现出的激活程度高于家族性高风险组。在此处，家族性高风险组在厌恶刺激相对于中性刺激的对比条件下激活程度高于对照组；而在此处，对照组在厌恶刺激相对于中性刺激的对比条件下激活程度又高于家族性高风险组，这些激活图谱显示了与年龄相关的组间差异。在目标刺激加工过程中，此处显示的脑区在家族性高风险组中与年龄的正相关性较对照组更强。

在此处，我们观察到在厌恶刺激相对于中性刺激的对比中，对照组中与年龄呈较强正相关的脑区范围大于家族高风险组。请注意，在扫描仪环境中操作个体可能存在极高风险，因此在实施该实验程序时，必须始终采取预防措施，如进行磁共振成像（MRI）安全筛查，并采取适当的安全与舒适性防护措施及培训。

该技术还为观察精神分裂症、自闭症和创伤后应激障碍等脑部疾病中的异常神经活动提供了新方法。在实施该操作时，重要的是要与受试者保持沟通，以帮助其保持镇静和专注。一旦掌握，若操作得当，该技术可在两小时内完成。

采用此方案后，还可进行脑电图（EEG）等其他方法，以进一步探讨类似群体中神经同步性的相关问题。